新型车载双反应器烟雾舱的设计与性能表征：实现可控与真实大气过程模拟的创新突破

为解决大气污染机制研究中室内外条件难以兼顾、现有双反应器系统灵活性不足的问题，广东环境保护科学研究院团队开发了全球首台可切换室内外模式的车载双反应器烟雾舱。该系统采用两个8 m3 FEP反应器，实现±0.5°C精准温控、>88%光透射率和低壁损失率（气体10?5 –10?4 min?1 ，颗粒物0.12–0.17 h?1 ），通过甲苯-NOx 光化学氧化和α-蒎烯臭氧分解实验验证了其在大气化学机制与SOA形成研究中的可靠性，为区域污染防控提供了高保真模拟工具。

　　

随着中国城市化进程加速，臭氧(O₃
)和细颗粒物(PM_2.5
)等二次污染物引发的复合型大气污染问题日益严峻。理解这些污染物的生成机制需要能在可控条件和真实环境间自由切换的研究工具，但现有烟雾舱系统存在"非此即彼"的局限性——室内舱虽能精确调控温度、光照等参数，却因使用人工光源（如紫外灯）难以真实模拟太阳光谱；户外舱虽直接利用自然光，但受天气变化影响导致实验重复性差。更棘手的是，当前少数双反应器系统或体积过小（如Kaltsonoudis等人开发的1.5 m³
便携系统），或采用非对称设计（如Wang等人的固定式与折叠式混合方案），无法在保持实验一致性的前提下探究单一变量影响。

针对这些技术瓶颈，广东环境保护科学研究院的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表了一项突破性研究。他们成功研制出全球首台具备室内外模式切换能力的车载双反应器烟雾舱系统，通过创新的工程设计和严格的性能验证，为大气化学机制研究提供了前所未有的灵活实验平台。

研究团队采用了两项核心技术：1）模块化温控系统，通过不锈钢反射内衬和PID算法实现25–35°C范围内±0.5°C的精确调控；2）双模式光照方案，两个8 m³
圆柱形FEP反应器可独立选择300–950 nm波段透过率>88%的黑光灯或自然阳光，配合移动实验平台实现地理场景切换。样本来源于典型城市大气污染物（如甲苯、NO_x
、α-蒎烯）的标准气体混合体系。

温度控制
通过设置25°C、30°C、35°C三组工况测试，发现系统能在30–90分钟内达到设定温度并保持波动不超过±0.5°C。这种稳定性显著优于传统户外舱±2°C的典型波动范围，满足气溶胶成核动力学研究的严苛要求。

光化学性能
光谱测试显示系统在300–420 nm紫外区的透光率达88.3%，高于同类设备的85%基准值。平行进行的甲苯-NO_x
光氧化实验中，两个反应器生成的O₃
浓度偏差<5%，证实了双反应器数据可比性。

壁损失效应
采用单分散DEHS颗粒测试发现PM_2.5
的壁损失系数为0.15±0.02 h^?1
，优于文献报道的0.2–0.3 h^?1
范围。气相物质的损失率更低，NO₂
和甲苯分别达到3.2×10^?5
min^?1
和1.8×10^?5
min^?1
。

机制验证
α-蒎烯臭氧分解实验产生的SOA产率与Master Chemical Mechanism (MCM)模型预测值偏差<15%，而甲苯氧化生成的二次有机气溶胶粒径分布与理论预测的几何标准差(σ_g
)吻合度达R²

0.92。

这项研究通过工程创新解决了大气化学研究中的关键方法论难题。其双反应器设计不仅实现了"移动实验室"的构想，更通过严格的平行实验验证了数据可靠性。特别值得注意的是，该系统在粤港澳大湾区实际应用中成功捕捉到季风转换期间VOCs氧化路径的突变特征，为区域臭氧污染防治提供了直接实验证据。从更广泛的科学价值看，这种可切换式设计范式为今后研究极端气候条件下的气溶胶-云相互作用、城市群传输机制等前沿问题建立了技术标杆。